¿Qué es el mecanizado por haz de iones? - Funcionamiento y aplicación

¿Qué es el mecanizado por haz de iones?

El mecanizado por haz de iones (IBM) es una importante tecnología de fabricación no convencional utilizada en la micro/nanofabricación, que utiliza una corriente de iones acelerados por medios eléctricos en una cámara de vacío para eliminar, agregar o modificar los átomos en la superficie del objeto.

En IBM, una corriente de átomos cargados (iones) de gas inerte, como el argón, se acelera en el vacío mediante altas energías y se dirige hacia una pieza de trabajo sólida. El haz elimina átomos de la pieza de trabajo transfiriendo energía e impulso a los átomos en la superficie del objeto.

Cuando un átomo golpea un grupo de átomos en la pieza de trabajo, se desprende entre 0,1 y 10 átomos del material de la pieza de trabajo. IBM permite el mecanizado preciso de prácticamente cualquier material y se utiliza en la industria de los semiconductores y en la fabricación de lentes asféricas.

La técnica también se usa para texturizar superficies para mejorar la unión, para producir superficies atómicamente limpias en dispositivos como espejos láser y para modificar el grosor de películas y membranas delgadas.

Funcionamiento del mecanizado por haz de iones

El mecanizado por haz de iones (IBM) es un proceso de mecanizado de bits atómicos, que se utiliza para mecanizar un producto con una alta resolución del orden de 0,1 μm. Los iones de gases inertes como el argón con alta energía cinemática del orden de 10 KeV se utilizan para bombardear y expulsar átomos de la superficie de la pieza de trabajo por colisión elástica.

A diferencia de las tecnologías de máquina-herramienta de corte, rectificado y lapeado, IBM no tiene una superficie de referencia inherente; la máscara de patrón actúa como referencia. IBM podría utilizarse como micromecanizado con un haz de microiones de 1 a 2 μm de diámetro junto con una máquina herramienta de control de posición de alta precisión.

IBM también se puede utilizar para aforizar lentes, afilar cuchillas de microtonos de diamante y herramientas de corte, grabar patrones IC, etc. El costo de una máquina IBM es muy alto, lo que aumenta el costo de mecanizado y hace que el proceso no sea económico.

Precisión de mecanizado por haz de iones

Las tasas prácticas de grabado varían hasta 2000 A (2 x 10-4 mm) por min. La precisión del proceso de grabado es considerablemente alta debido principalmente a la pequeña cantidad de material que se elimina. Son posibles tolerancias cercanas a + 50 Å (+ 5 x 10 mm).

Aplicaciones del mecanizado por haz de iones

Se aplica principalmente en el micromecanizado (grabado) de componentes electrónicos como partes de computadoras, figuras de superficies ópticas y para la fabricación de precisión de troqueles de alambre fino en materiales refractarios. Los materiales típicos que se pueden grabar incluyen vidrio, alúmina, cuarzo, cristales, sílice, ágatas, porcelana, cermet. y numerosos metales y óxidos.

Ventajas del mecanizado por haz de iones

El haz de iones tiene muchas ventajas que incluyen:

• El proceso es casi universal.
• No se requieren reactivos químicos ni compuestos de grabado.
• No hay socavado como con otro proceso de grabado químico.
• Las tasas de grabado se controlan fácilmente.

Desventajas del mecanizado por haz de iones

Sin embargo, el proceso tiene muchas desventajas que son las siguientes:

• Es relativamente caro.
• Las tasas de grabado son lentas.
• Aunque prácticamente no se genera calor, hay pocas posibilidades de daño térmico o por radiación.